曆史背景

DNA編碼文庫（DEL）的概念最早出現在1990年代初期，當時斯克裡普斯研究所（Scripps Research Institute）的科學家發表了一篇題為“編碼組合化學”的論文。DEL技術的主要原理是使用唯一的DNA條碼對文庫中的每種化合物進行編碼。從而可以在數十億個化合物的混合物庫中篩選出所需化合物，并通過DNA條碼的擴增和測序來鑒定活性化合物。最初，在DEL開發領域中處于領先地位的公司面臨着缺乏相關的DNA測序方法的困難。後來，來自Praecis Pharmaceuticals的科學家成立了一家設法對DEL庫進行測序的公司。在2005年及随後的幾年中，第二代測序技術出現了，這使DEL在藥物開發中成為了一種更具吸引力且在經濟上更可行的方法。

DEL技術概述

DEL技術來自DNA編碼和組合化學的融合。DEL的最流行方法是“拆分和合并”方法。第一步，用DNA條碼标記化學構件（BB）。在第二步中，将它們混合在一起，然後分成不同的部分。接下來，将一組新的化合物片段添加到化學反應中，然後，将相應的DNA條碼連接起來并與以前的DNA分子連接。

圖1.DNA編碼步驟

DEL的大小和成本

“拆分和合并”方法可以構建包含多達10 ^ 10個化合物分子的庫。例如，HitGen（先導）的庫包含4000億個分子，X-chem提供了2億種化合物用于篩選，而Nuevolution建立了包含40萬億種化合物的庫。由于合成和管理更大的化合物庫成本高昂，普通HTS庫的大小限制為百萬種化合物的級别。總體而言，創建和篩選100萬種化合物的HTS庫将花費數百萬美元（每種化合物約1100美元），而篩選80萬種化合物的DEL庫則将花費150萬美元。

使用DEL進行篩選

DEL的篩選在單個試管中進行，将目标蛋白與化合物庫一起培養。靶蛋白可以錨定在固體支持物上，通常是磁珠。徹底清洗後，隻有高親和力的配體仍與靶蛋白結合。在對活性化合物的結構進行DNA測序和解碼後，應重新合成一個，以重複進行親和力結合測定作為檢驗。DEL方法适用于小分子，大環化合物和肽的合成和篩選。科學家正在利用DNA的化學特性，尤其是互補配對原理，來開發新策略對化合物庫進行設計。

DNA模闆化策略

建立化合物庫的一種更複雜的方法是使用DNA代碼确定化學反應的順序。模闆是在合成前制備的，包含與BB條碼互補的區域。當條碼耦合到模闆時，構件的相對空間排列有助于它們之間的化學反應的發生。當組裝大環和肽的化合物庫時，該方法特别有用。

圖2.DNA模闆化策略

雙藥效團庫

雙藥效團庫的優點是兩個化學部分具有到達靶标的相鄰非重疊結合位點的靈活性。雙藥效團庫由兩個子庫組成，當混合在一起時，它們會形成代表兩種化合物的異源雙鍊體。ESAC（編碼自組裝化學品）是目前最流行的方法。

圖3.雙藥效團庫

DEL與化學反應的兼容

适用于DEL技術的化學反應僅限于與DNA相容的反應。DNA是水溶性分子，因此傳統的有機反應應轉化為相應的條件。剛開始時，化學家的工具箱中隻有少數反應，但利用各種合成方法，它們的數量得以增多。最新的創意之一是将光氧化還原催化用于DNA化學編碼。

DNA編碼庫技術的優缺點

DEL市場與發展趨勢

HitGen和X-Chem是DEL的兩個主要供應商。兩家公司都利用“拆分和合并”方法來構建化合物庫。他們宣布了與制藥公司進行更大規模的DEL合作。兩家公司為其合作夥伴提供了篩選現成的DEL或為其按需求建立化合物庫。HitGens庫包含大約4,000億新型藥物樣分子。葛蘭素史克（GlaxoSmithKnile,GSK），諾華（Novartis）和最近的安進（Amgen）等幾家制藥巨頭都在為自己感興趣的企業開發DEL庫。GSK是第一家技術供應公司。在2006年成功合作後，又于2007年收購了Praecis Pharmaceuticals，最終成功的使2種化合物進入臨床試驗。與Amgen和Nuevolution相似的故事發生在2016年，三年的合作大大提高了兩個癌症計劃的進展。今年，2019年，Amgen公司以1.67億美元的價格收購了Nuevolution，以推進其新藥物發現工作。 現在，DEL技術合作夥伴數量在不斷增長。由于Vipergen，X-chem和Nuevolution的活躍，2014年對于DEL市場取得了顯著的成果。HitGet成立于2012年，自2017年開始瘋狂收購，并與各種合作夥伴進行了十幾筆交易。并在過去幾年中成立了許多創業公司，包括Haystack Sciences（在2019年10月獲得420萬美元的A輪融資），DyNAbind GmbH（在2019年進行了首輪融資），Plexium（2019年10月獲得A輪融資2800萬美元）等。該技術的開發水平似乎已經達到了DEL試劑盒的水平。2019年9月，藥明康德宣布推出DELlight平台，該平台将為客戶提供包含84億種化合物以及執行該程序的操作的DEL試劑盒。DyNAbind的套件在Sigma-Aldrich的售價約為9千歐元 。藥明康德還建立了開源庫DELopen，以向學術用戶免費提供超過28億種DEL化合物。通過使用區塊鍊技術，DELopen為使用在線平台的用戶提供了最大的IP保護。

圖4.DEL合作數量

較小的公司和創業公司

利用DEL的小型公司和初創公司值得更詳細地考慮。他們在許多案例中采用了DEL方法，包括泛素-蛋白酶體系統（UPS），變構調控位點PPI和耐多藥細菌感染。以下是對DEL與其他幾種技術的高級組合的簡要介紹。

1. 表型篩選中的DEL-蛋白降解：Plexium的DELPhe平台可以對基于DNA的化合物庫進行基于細胞的表型篩選。他們的技術可将篩選過程最小化到皮升的規模。Plexium專注于開發E3連接酶的調節劑。

2. 用于研究變構位點的DEL：HotSpot專注于開發與變構位點相互作用的藥物-“調節性熱點”。2014年，他們收購了DEL篩選技術提供商Macroceutics,Inc，以提升其HotSpot的平台價值，該平台對于預測和評估不同的變構調控位點非常有價值。

3. 應用機器學習（ML）優化DEL：Haystack利用機器學習來估計化合物的構效關系并提供快速完善的化合物庫。

DEL平台的分類

大多數DEL平台可以大緻分為四類：商業DEL平台 、用于自己程序的内部DEL平台、開放式DEL平台、标準化DEL套件平台

圖5.DEL平台分類

著名的DEL成功典例

1. Nuevolution的BET-BD1程序。BD1是BET家族的第一個溴結構域，負責免疫系統的表觀遺傳調控。候選分子NUE20798今年已開始針對特應性皮炎的臨床試驗。以前，此類抑制劑從未獲得批準。

2. 2016年與Almiral的合作：RORγt反向激動劑于2019年進入治療牛皮癬（PsO）和牛皮癬關節炎的診所。

3. X-165已被FDA接受用于1期臨床試驗。這是X-Rx擁有的高效自身毒素抑制劑。該公司從X-chem分立出來，并使用其DEXtm（基于DEL技術）平台進行藥物篩選。自2012年以來，X-chem 已被批準了50個藥物發現計劃。HitGen已獲得FDA批準用于治療多發性骨髓瘤的候選藥物的臨床試驗。該公司還開發了針對不同目标的其他分子庫。

4. RIP1激酶GSK2982772的GSK特異性抑制劑完成了銀屑病的II期臨床試驗。可溶性環氧化物水解酶（sEH）GSK2256294的另一種抑制劑目前正在進行II期測試。

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